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电动机及拖动系统 节能

  来源:上海市节能监察中心 有428人浏览 日期:2013-06-13放大字体  缩小字体

 

电机及拖动系统是工厂和建筑物中必不可少的动力拖动设备,电机耗电占全国总用电量的60%左右,电机效率的一点点提高,累加起来的节能潜力是非常可观的,国家节能中长期规划将电机系统节能列为十大重点节能工程之一,提出的目标是:在“十一五”期间将我国电机系统的能效提高2%,年节电200亿千瓦时。在我国各类在用电机中,80%以上的为0.55~200kw范围内的中小型异步电动机,其中相当于世界50年代技术水平的JO2系列的电机约占20%,相当于70年代末的Y系列电机不足70%,具有世界80年代水平的YX系列的高效电机所占的比重更是微乎其微,在电机拖动的风机、水泵、压缩机类机械等的系统中目前还普遍存在设计、选型匹配和运行不尽合理等现象,我国电机及拖动系统实际运行效率比国外低10-30%。访问本网页,您能了解电机及拖动系统的节能评价指标、常见的问题的解答和节能案例,还可以在线计算你的电机及拖动系统的能源利用率。希望我们的工作能为提高贵单位的电机及拖动系统的能源利用效率有所帮助。

 
    一、节能指标
  • 普通(Y系列)和高效(YX系列)三相异步电动机额定能效值

额定功率(kw)

2极

4极

6极

Y

YX

Y

YX

Y

YX

3

82.0

86.5

82.5

86.5

83.0

87.2

4

85.5

88.3

84.5

88.3

84.0

88.0

5.5

85.2

88.6

85.5

89.5

85.3

88.5

7.5

86.2

89.7

87.0

90.3

86.0

90.0

11

87.2

90.8

88.0

91.8

87.0

90.4

15

88.2

92.0

88.5

91.8

89.5

91.7

18.5

89.0

92.0

91.0

93.0

89.8

91.7

22

89.0

92.5

91.5

93.2

90.2

92.1

30

90.0

93.0

92.9

93.5

90.2

93.5

37

90.5

93.2

91.8

93.8

90.8

93.4

45

91.5

94.0

92.3

94.1

92.0

93.6

55

91.5

94.2

92.6

94.5

92.0

93.8

75

91.5

94.2

92.7

94.7

 

 

90

92.0

94.5

93.5

95.0

 

 

 

摘自:GB 12497-1995 三相异步电动机经济运行


  • 清水离心泵能效限定值及节能评价值

泵类型

流量

Q(m3/h)

规定点效率值

η1(%)

能效限定值

η2(%)

能效评价值

η3(%)

单级单吸清水离心泵

≤300

查图

η2=η1-3%

η3=η1+2%

>300

查图

η2=η1-3%

η3=η1+1%

单级双吸清水离心泵

≤600

查图

η2=η1-3%

η3=η1+2%

>600

查图

η2=η1-4%

η3=η1+1%

多级清水离心水泵

≤100

查图

η2=η1-3%

η3=η1+2%

>100

查图

η2=η1-4%

η3=η1+1%

长轴离心深井泵

 

查图

η2=η1-4%

η3=η1+1%

摘自:GB 19762-2005 清水离心泵能效限定值及节能评价值

注:规定值效率值η1从标准中的附图查得


  • 通风及能效限定值及节能评价值

有关内容摘自:GB 19761—2005 通风机能效限定值及节能评价值

3.1 通风机的能效限定值
    对于采用普通电动机的通风机,以使用区最高通风机效率作为能效限定值。

3.1.1离心通风机能效限定值应不低于表3.1.1中的规定。

当离心通风机进口有进气箱时,其使用区最高通风机效率比无进气箱时(见表3.1.1)应下降4%。

 

表3.1.1 离心通风机能效限定值

压力系数

比转速

ns

使用区最高通风机效率ηr(%)

2<机号<5

5≤机号<10

机号≥10

1.4~1.5

45<ns≤65

55

59

 

1.1~1.3

35<ns≤55

59

63

 

1.0

10≤ns<20

63

66

69

20≤ns<30

65

68

71

0.9

5≤ns<15

66

69

72

15≤ns<30

68

71

74

30≤ns<45

70

73

76

0.8

5≤ns<15

66

69

72

15≤ns<30

69

72

75

30≤ns<45

71

74

76

0.7

10≤ns<30

68

70

72

30≤ns<50

70

72

74

0.6

20≤ns<45

翼型

72

74

76

板型

69

71

73

45≤ns<70

翼型

73

75

75

77

板型

70

72

72

74

0.5

10≤ns<30

翼型

70

72

74

板型

67

69

71

30≤ns<50

翼型

73

75

75

77

板型

70

72

72

74

50≤ns<70

翼型

75

78

77

79

板型

72

74

76

0.4

50≤ns<65

翼型

76

78

80

板型

73

75

77

65≤ns<80

 

机号<3.5

3.5≤机号<5

   

翼型

70

75

78

81

板型

67

72

75

78

0.3

65≤ns<85

翼型

 

76

78

板型

 

73

75

3.1.2 轴流通风机能效限定值应不低于表3.1.2中的规定。
      a. 当轴流通风机进口有进气箱时,其使用时最高通风机效率比无进气箱时(见表3.1.2)应下降3%。
      b. 在表3.1.2中,当0.55≤γ<0.75,机号≥10时,表中值对应于轴流通风机出口带扩散筒。
当风机出口无扩散筒时,值应提高2%。
      c.对动叶可调(在运行中完成动叶片角度同步调节功能)的轴流通风机,在风机进口无进气箱,出口无扩散筒条件下,风机出口按环面积计算时,使用区最高通风机效率≥82%。

 

表3.1.2 轴流通风机能效限定值

毂比γ

使用区最高通风机效率ηr(%)

2.5≤机号<5号

5≤机号<10

机号≥10

γ<0.3

60

63

66

0.3≤γ<0.4

62

65

68

0.4≤γ<0.55

65

68

71

0.55≤γ<0.75

67

70

73

注1:γ=d/D,γ-轴流通风机毂比;d-叶轮的轮毂外径;D-叶轮的叶片外径。

注2:子午加速轴流通风机毂比按轮毂出口直径计算。

注3:轴流通风机出口面积按圆面积计算。

3.1.3 对于采用外转子电动机(单相及三相多速式除外)的空调离心通风机,以使用区最高总效率作为能效限定值。其能效限定值应不低于表3.1.3的规定。

 

表3.1.3 采用外转子电动机的空调离心通风机能效限定值

压力系数

比转数

ns

使用区最高总效率ηe(%)

机号≤2

2<机号≤2.5

2.5<机号≤3.5

3.5<机号≤4.5

机号≥4.5

1.0~1.4

40<ns≤65

38

       

1.1~1.3

40<ns≤65

 

44

     

1.0~1.2

40<ns≤65

   

46

   

1.3~1.5

40<ns≤65

   

44

   

1.2~1.4

40<ns≤65

     

51

55

3.2 通风机的节能评价值

对于采用普通电动机的通风机,以使用区最高通风机效率作为能效评价值。

     3.2.1当离心通风机进口有进气箱时,其使用区最高通风机效率比无进气箱时(见表3.2.1)应下降4%。

表3.2.1 离心通风机节能评价值

压力系数

比转速

ns

使用区最高通风机效率ηr(%)

2<机号<5

5≤机号<10

机号≥10

1.4~1.5

45<ns≤65

61

65

 

1.1~1.3

35<ns≤55

65

69

 

1.0

10≤ns<20

69

72

75

20≤ns<30

71

74

77

0.9

5≤ns<15

72

75

78

15≤ns<30

74

77

80

30≤ns<45

76

79

82

0.8

5≤ns<15

72

75

78

15≤ns<30

75

78

81

30≤ns<45

77

80

82

0.7

10≤ns<30

74

76

78

30≤ns<50

76

78

80

0.6

20≤ns<45

翼型

77

79

81

板型

74

76

78

45≤ns<70

翼型

78

80

82

板型

75

77

79

0.5

10≤ns<30

翼型

76

78

80

板型

73

75

77

30≤ns<50

翼型

79

81

83

板型

76

77

80

50≤ns<70

翼型

80

82

84

板型

77

79

81

0.4

50≤ns<65

翼型

81

83

85

板型

78

80

82

65≤ns<80

 

机号<3.5

3.5≤机号<5

   

翼型

75

80

84

86

板型

72

77

81

83

0.3

65≤ns<85

翼型

 

81

83

板型

 

78

80

3.2.2 轴流通风机能效限定值 应不低于表3.2.2中的规定。

     a. 当轴流通风机进口有进气箱时,其使用时最高通风机效率比无进气箱时(见表3.2.2)应下降3%。

     b. 在表3.2.2中,当0.55≤γ<0.75,机号≥10时,表中值对应于轴流通风机出口带扩散筒。

当风机出口无扩散筒时,值应提高2%。

     c. 对动叶可调(在运行中完成动叶片角度同步调节功能)的轴流通风机,在风机进口无进气箱,出口无扩散筒条件下,风机出口按环面积计算时,使用区最高通风机效率≥82%。

 

表3.2.2 轴流通风机节能评价值

毂比γ

使用区最高通风机效率ηr(%)

2.5≤机号<5

5≤机号<10

机号≥10

γ<0.3

66

69

72

0.3≤γ<0.4

68

71

74

0.4≤γ<0.55

70

73

76

0.55≤γ<0.75

72

75

78

注1:γ=d/D,γ-轴流通风机毂比;d-叶轮的轮毂外径;D-叶轮的叶片外径。

注2:子午加速轴流通风机毂比按轮毂出口直径计算。

注3:轴流通风机出口面积按圆面积计算。

3.2.3 对于采用外转子电动机(单相及三相多速式除外)的空调离心通风机,以使用区最高总效率作为能效限定值。其能效限定值应不低于表3.2.3的规定。

 

表3.2.3 采用外转子电动机的空调离心通风机节能评价值

压力系数

比转数

ns

使用区最高总效率ηe(%)

机号≤2

2<机号≤2.5

2.5<机号<3.5

3.5≤机号≤4.5

机号≥4.5

1.0~1.4

40<ns≤65

43

       

1.1~1.3

40<ns≤65

 

49

     

1.0~1.2

40<ns≤65

   

50

   

1.3~1.5

40<ns≤65

   

48

   

1.2~1.4

40<ns≤65

     

55

59

 


  • 空调系统水泵的冷热水系统的最大输送能效比(ER)

管道类别

两管制热水管道

四管制热水管道

空调冷水管道

严寒地区

寒冷地区/夏热冬冷地区

夏热冬暖地区

ER

0.00577

0.00433

0.00865

0.00673

0.0241

注:两管制热水管道系统中的输送能效比值,不适用于采用直燃式冷热水机组作为热源的空气调节热水系统。

摘自:GB50198-2005 公共建筑节能设计标准 


  • 空调系统风机的单位风量耗功率限值

办公建筑

商业、旅馆建筑

粗效过滤

粗、中效过滤

粗效过滤

粗、中效过滤

两管制定风量系统

0.42

0.48

0.46

0.52

四管制定风量系统

0.47

0.53

0.51

0.58

两管制变风量系统

0.58

0.64

0.62

0.68

四管制变风量系统

0.63

0.69

0.67

0.74

普通机械通风系统

0.32

注:1 普通机械通风系统中不包括厨房等需要特定过滤装置的房间的通风系统;

2 严寒地区增设预热盘管时,单位风量耗功率可增加0.035[W/(m3/h)];

3当空气调节机组内采用湿膜加湿方法时,单位风量耗功率可增加0.053[W/(m3/h)]。

摘自:GB50198-2005 公共建筑节能设计标准 


    二、节能计算机
  • 电动机的效率
  • 水泵的效率
  • 风机的效率
  • 空调系统的水输送能效比
  • 风机的单位风量耗功率
    三、常见问题解答
  • 企业如何搞好电机及拖动系统的节能管理工作?
首先要对企业全部的机电设备进行梳理,对照国家淘汰机电产品目录,注明列入国家淘汰机电产品目录的设备;委托有资质的测试单位,有选择的对机电产品的能效进行抽样测试和能效计算,也可根据本网站的自诊断程序,自己进行测算;根据测算结果,进行技术经济分析,制定本单位机电设备淘汰、更新和改造机会。

  • 选用高效电机有何好处?
Y系列电机比淘汰的JO2系列电机效率平均高1%-3%,而高效电机比Y系列电机效率还要提高3%左右,另在负载率β=50%-100%之间,高效电机的效率曲线比较平坦,有利经济运行。所以企业在淘汰、更新、调换电机时,就应优先选用YX、YE、YD、YZ等系列的高效电机,采用高效电机的节电效果可在前面自诊断程序计算而得,一般在1-3年内可收回全部更新电机的投资。

  • 选用高效风机、水泵有哪些优点?
传统型风机、水泵的效率一般在60-75%左右,而高效风机、水泵的效率一般在85%左右,选用高效风机、水泵一方面可以较大幅度提高效率,节省电力,另一方面在满足需求的同时,可以减少其匹配电动机的功率,降低电力负荷需求。可根据厂家提供的样本,查GB 19761—2005 《通风机能效限定值及节能评价值》和GB 19762-2005 《清水离心泵能效限定值及节能评价值》中的有关图表,可判断你买的风机和水泵是否是高效的。

  • 为什么要加强对风机、水泵的运行管理?
风机、水泵在工厂用电设备中量大、面广,同时也是管理较薄弱的设备。风机、水泵负荷在额定功率(负载率在70%左右)附近时效率最高。但大部分风机水泵的运行负荷都较小或负荷频繁变化,所以运行效率一般都低于50%,还有一种情况是配置风机、水泵时,选择功率就偏大,即“大马拉小车”现象,使其一直在低效区运行。另外一种情况是虽然在高效区运行,但其所做功并非全是有效功,即它们所做的总功中只有一部分是实际需求的,而另一部分属于无用功。以上几种情形在工厂是比较普遍存在的,如果加强风机、水泵的运行管理,节电潜力巨大。

  • 变速调节为什么是风机水泵节电最有效的措施?
风机、水泵在工厂用电设备中量大、面广,同时也是管理较薄弱的设备。风机、水泵负荷在额定功率(负载率在70%左右)附近时效率最高。但大部分风机水泵的运行负荷都较小或负荷频繁变化,所以运行效率一般都低于50%,还有一种情况是配置风机、水泵时,选择功率就偏大,即“大马拉小车”现象,使其一直在低效区运行。另外一种情况是虽然在高效区运行,但其所做功并非全是有效功,即它们所做的总功中只有一部分是实际需求的,而另一部分属于无用功。以上几种情形在工厂是比较普遍存在的,如果加强风机、水泵的运行管理,节电潜力巨大。

    四、节能案例
  • 对经常处在低负荷运行的异步电动机安装智能节电器

异步电动机智能节电器是用单片机对电机的运行能耗加以控制的节电装置,它通过实时测定通过电动机的电压、电流,监测电动机的负载变化情况,应用最优控制理论,以每秒500万次自动检测数据处理,及时调整电动机的电压电流,使电动机一直处于最佳的工作状态。在负载变化时,电流提供的功率也随之变化,以达到电机高效运行和节能的目的。

异步电动机智能节电器在接通电源的初始状态,是通过延时电位器延时,而使电机正常启动,在电机运转正常后,通过对电机电压取样来判别输入电压在每段完整波形中的起动电动势、电量和效率电压峰值后,将两者中间部分作为转子惯性动势来处理,而将这一段电压割断,在不影响电机机械性能条件下达到节省电能的效果。基于这一原理,电动机越轻载运行节电效果越明显。

其技术特点是节省有功功率和无功功率,实现电动机的软启动,减少启动电流对电机的冲击,延长电动机使用寿命,降低电动机的运行温度和运行噪音,为电动机安全高效运行提供可靠保证。

某服装厂公司于2002年8月在缝帮车间安装了三台120A的电动机节电器,实际运行表明安装了电动机节电器后,节电效果明显。

三台设备投资2.4万元年节电4.19万kWh,节省电费2.56万元,投资回收期低于1年。


  • 变频调速在风机水泵节能改造中的应用

通过风机系统特性曲线图来说明变频调速在风机水泵中的节电原理。由图1(风机系统特性曲线)可以看出:随着流量的增加,风机的静态压力下降。现假定风机效率最大时的工作点是A点。当需减少风机的供风量时,过去经常采取调节阀门的方式,增加系统阻力来满足要求(见工作点 B)。这种方法不但不能节能,反而会加快速风机的效率损耗。采用变频调速技术后,当上述工况出现时,就可通过变频调速装置,降低异步电机转速,使系统重新达到平衡(见工作点 C)。从C点可看出,电机转速度虽然降低了,但对风机效率影响不大。

众所周知,风机的风量与转速的一次方成正比,而轴功率与转速的立方成正比,因此当风机的风量在较大的范围内频繁发生变化时,采用变频调速装置对风机转速加以控制,将会取得非常显著的节电效果。

某酒店锅炉系统有三台20t/h燃煤蒸汽锅炉,其辅机系统包括:三台75 KW 引风机、三台55 KW鼓风机、一台22.5 KW给水泵、一台7.5 KW冷凝水泵及一台22 KW冲渣泵等共九台,总功率为442 KW。由于季节、气候等因素的影响,要求锅炉系统提供变化的的蒸汽量,因此其辅机系统也要提供与之匹配、变化的风量、水量。而风、水量的调节过去一直是通过调节挡板、阀门来完成的,这就造成了电能的浪费。为了节能、降耗,该中心自1991年起,先后在这九台风机、水泵上安装了变频调速装置,通过调节风机、水泵的转速来调节风量、水量,取得了非常显著的节电效果。

九套变频调速装置总投资为667000元,投入使用后,年节电量:611702 kwh/年,节约电费354788元,投资回收期低于2年。


  • 调速型液力偶合器在风机上的应用

液力偶合器以液体为介质传递功率,液力偶合器相当于离心泵和涡轮机的组合,当动力机通过输入轴带动泵轮转动时,充注在工作腔中的工作液体在离心力作用下,沿泵轮叶片流道向外缘流动,使液体的动量矩增大。当工作液体由泵轮冲向对面的涡轮时,工作液体便沿涡轮叶片流道做向心流动,同时释放能量并将其转化为机械能,驱动涡轮旋转并带动工作机做功。靠着液体的传动使动力机和工作机柔性地联接在一起。

改变液力偶合器工作腔的充满度,便可以调节输出力矩和输出转速,充满度升高则输出转速升高,反之则降低,并可实现无级调速。

风机的风量与转速成正比,轴功率与转速立方成正比。当系统所需风量减少时,可通过降低液力偶合器工作腔的充满度来降低风机转速,同时节省功率。风量变化越大,节能效果越显著。

某钢铁集团公司第三炼钢厂有三台顶底复吹转炉,一台180吨,二台150吨,冶炼的排烟过程是周期性的,如150吨的转炉每个周期大约为45分。转炉冶炼排烟—煤气回收系统中的风机在吹氧时要求高负荷运转,非吹氧期可停机。在对风机未采用液力偶合器调速时,风机一直运行在高转速的工况下,非吹氧期,风量通过高烟囱外排,对能源造成了不必要的浪费。企业从1989年开始先后对转炉冶炼排烟—煤气回收系统进行改造,在三台风机上都加装了调速型液力偶合器,根据工况的需要使风机在吹氧期高速运转,由于电机不宜频繁起动,非吹氧期低速运转,取得了非常显著的节电效果。

该项目投资23万元,年可节电752万kWh,年可节省电费361万元,一个月省下的电费即可回收全部投资。

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